超声速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层对TC11钛合金耐磨性和耐蚀性的影响

采用超声速火焰喷涂(HVOF)工艺,在随钻仪器零件常用材料TC11钛合金表面制备金属陶瓷涂层WC-10Co4Cr,利用冲击试验机测量喷涂前后钛合金的冲击韧性,使用磨粒磨损试验机测定涂层的耐磨性,采用电化学测试分析涂层的耐蚀性。结果表明:HVOF工艺对TC11钛合金的组织和性能影响较小,与未喷涂的钛合金相比,界面处基体的显微组织和显微硬度没有明显变化,冲击韧性稍有提高;HVOF工艺稳定可靠,涂层呈片层结构,致密度高,涂层的孔隙率为2.55%,硬度达到1400 HV,涂层主要由WC和W2C相组成,其与基体结合良好,为机械结合;金属陶瓷涂层能够显著改善钛合金的耐磨性和耐蚀性,喷涂涂层钛合金的磨损量是未喷涂钛合金的1.56%,喷涂涂层钛合金的磨损机制是磨粒磨损,未喷涂涂层钛合金磨损机制是磨粒磨损+黏着磨损。

Inconel625合金和TC11合金的短电弧加工特性分析

利用短电弧加工系统对Inconel625合金和TC11合金在不同电加工参数下加工,研究了电参数的变化和电加工高温对该材料的加工性能、金相组织及硬度变化的影响。结果表明:该加工技术对两种难加工材料均具有较明显的去除率,高电压加工去除率更高,但加工表面较粗糙,而低电压加工会获得较好的表面质量。受电加工热能影响,材料金相组织均发生转变,晶粒细化明显,Inconel625合金形成318.6μm厚的热影响层,其硬度提升16.9%;TC11合金形成175.2μm厚的热影响层,其硬度提升32.8%,两种材料的性能变化均能满足后续的精加工要求。

TC11钛合金动态回复与动态再结晶高温本构模型研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机在变形温度为900~1050℃、应变速率为0.1~10 s^(-1)的条件下,对TC11钛合金进行等温恒应变速率单轴压缩试验。组织观测结果表明,在热变形过程中,TC11钛合金存在明显的动态再结晶现象,变形温度分别为900℃和950℃时,再结晶晶粒尺寸随应变速率增加而先增大后减小;变形温度分别达1000℃和1050℃时,α相含量大量减少,组织演变中动态再结晶机制占主导,晶粒细化明显。为研究此现象对流变行为的影响,结合K-M位错密度模型与动态再结晶分数模型,建立了基于动态回复与动态再结晶现象的流动应力高温本构模型。将此本构模型预测结果与试验数据对比分析,相关性系数和平均相对误差分别为0.989和6.53%,表明所构建的考虑动态回复与动态再结晶的流动应力模型能够准确预测TC11钛合金热变形条件下的流动应力。

锥度球头刀铣削钛合金TC11切削力研究

针对薄壁零件侧壁的高效率和高精度加工难题,采用ABAQUS有限元仿真软件,建立了锥度球头刀铣削钛合金TC11的有限元仿真模型。利用正交试验,分析了切削工艺参数(切削深度、切削速度以及每齿进给量)对切削力影响的主次关系。基于多元线性回归方法理论,建立了切削力经验预测模型,并分析了工艺参数交互作用对切削力的影响规律。通过模型预测结果和切削力试验结果的比对,验证了模型的精确性。

电磁冲击处理对TC11钛合金冲击韧性及其微观组织的影响

通过夏比冲击实验、金相显微镜、扫描电镜和透射电镜表征手段,研究了电磁冲击处理对TC11钛合金冲击韧性及其微观组织的影响。分析讨论了电磁冲击处理过程中处理时间对TC11钛合金冲击韧性的影响规律。结果表明,相比于未处理试样,处理时间为0.44、0.88和1.32 s的电磁冲击处理使得试样的冲击吸收功分别提升13.2%、20.3%和3.1%。且随着处理时间的延长,TC11钛合金中α相含量不断上升。α相含量增加不利于TC11钛合金冲击韧性的提升,但电磁冲击处理引起的界面润湿和界面桥接对试样冲击功的提升起着决定性影响。

粉末冶金TC11钛合金的热等静压制备与高周疲劳性能研究

粉末热等静压(HIP)技术可以近净成形高性能钛合金复杂构件,在航空航天领域具有广阔的应用前景。采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了TC11预合金粉末,并对预合金粉末进行表征;在940℃/140 MPa/3 h条件下HIP成形了TC11坯体。采用OM、SEM、拉伸、冲击和旋转弯曲疲劳等手段对HIP坯体的显微组织和力学性能进行表征,研究了微气孔对HIP坯体疲劳性能的影响。结果表明,HIP坯体接近理论全致密,组织细小均匀,静力学性能接近甚至部分指标超越锻造合金,旋转弯曲高周疲劳强度(107周次)为590 MPa;空心粉形成的微气孔导致高周疲劳寿命呈现二重性,疲劳加载条件下,表面微气孔会优先成为裂纹萌生的位置,显著降低HIP坯体的高周疲劳寿命。

准β锻造和β热处理对TC11组织和断裂韧性的影响

研究了准β锻造和β热处理对TC11钛合金显微组织和断裂韧性的影响。结果表明TC11钛合金经准β锻造及β热处理后断裂韧性相较于魏氏组织明显提升,延伸率提升约50%,断面收缩率提升约20%,KIC提升约20%。由于准β锻造改变了层片状α相的析出形态,形成了取向差异化明显的束集,抵抗裂纹扩展的组织协调性更佳,从而使得断裂韧性更优;而魏氏组织试样主要以晶界和大片次生α相增加裂纹扩展曲折性。

VAR熔炼补缩工艺对TC11钛合金铸锭质量的影响

将真空自耗电弧熔炼(VAR)补缩过程分为起始期、降温期和烘烤期,并结合各阶段特点研究了补缩工艺对TC11钛合金铸锭冒口深度、头部化学成分及平均晶粒尺寸的影响。结果表明:熔炼电流增大,铸锭冒口深度、头部成分偏差及平均晶粒尺寸均增大;随着降温持续时间的延长,冒口深度减小,且二者存在一定的线性关系;随着烘烤持续时间的延长,冒口深度减小,但会导致头部成分偏差及平均晶粒尺寸增大。VAR熔炼补缩前采用较小熔炼电流,延长降温期时间,控制烘烤持续时间,可获得冒口深度小、成分均匀、晶粒尺寸较佳的TC11钛合金铸锭。

固溶态TC11钛合金的微观组织与拉伸性能的研究

以TC11钛合金作为本文的实验材料,通过实施一系列不同温度的固溶处理,对合金的微观组织与拉伸性能进行深入全面实验研究,结果表明:初生α相的含量随着固溶温度的升高而减少,且其含量在固溶温度接近相变点时显著下降。并发现初生α相在固溶温度超过相变点后完全从组织中消失。固溶温度的提高有助于强化合金的抗拉强度和屈服强度,但合金塑性性能在此过程中会不断降低。固溶温度较低时的拉伸断口表面起伏不平,断口中韧窝的数量较多,韧窝的尺寸较大且深度较深。当固溶温度较高时,拉伸断口表面韧窝数量与尺寸均明显减少,断口主要以河流状花样和解理台阶为典型特征,且还出现了二次裂纹和撕裂棱。

TC11车削力模型回归分析及工艺参数双目标优化

TC11是α+β型钛合金,因为其优越的材料性能,一直被广泛的应用于航空航天领域。在实际的加工过程中,工艺参数的选取一直是不容忽视的问题。以加工某型TC11材料的航空盘类零件为背景,运用ABAQUS有限元软件,对此零件的外圆车削部分进行了工艺参数的选取优化。首先建立三维一比一简化模型,采用三因素四水平正交实验法。量化了在大切削深度、低进给量和低切削速度背景下的切削力变化规律,得出切削三要素对切削力的影响排序为:切削深度>切削速度>进给量。其次基于仿真正交实验数据,分别建立了以最小切削力和最大材料去除率为目标的回归模型,并对模型公式进行方差检验。最后使用MATLAB软件,应用非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)对最小切削力和最大材料去除率进行双目标优化,得到了最佳切削参数选取区域,并给适用粗加工和精加工的参数选取区间。

退火温度对TC11钛合金微观组织和拉伸性能的影响

对ϕ140 mm TC11钛合金试棒分别进行了940℃、960℃、980℃和1000℃加热5h空冷的退火处理.采用光学显微镜、扫描电子显微镜和室温拉伸试验检测了合金的微观组织、拉伸性能及拉伸断口的微观形貌.结果表明:随着退火温度的升高,合金中初生α相减少至消失,析出的针状α相增多,组织从双态组织转变为细小的层状β转变组织;随着退火温度的升高,合金强度提高,塑性降低;两相区温度退火的合金拉伸断口以韧窝为主,而在单相区温度退火的合金拉伸断口主要呈岩石状,仅有很少的韧窝.

TC11钛合金棒料缺陷分析

某批ϕ120 mm TC11钛合金棒料超声波检测时发现有缺陷。采用X射线检测、金相检验、微区成分分析和显微硬度检测等分析了缺陷的性质和产生原因。结果表明:缺陷为细长条高密度Mo夹杂物,与基体冶金结合,且有元素扩散。缺陷的产生可能是一次锭装炉过程中,底部与铸锭存放区的钢板接触,导致外来金属附着在其端部,随后在对焊过程中进入铸锭。

固溶时效态TC11钛合金微观组织与高温拉伸性能的研究

以TC11钛合金作为研究材料,对该合金进行固溶时效处理,并在400℃条件下进行拉伸性能测试,以研究固溶时效态TC11钛合金微观组织与高温拉伸性能,结果表明:合金经两相区温度固溶处理后,组织主要由形貌为长条状和等轴状的初生α相以及形貌为针状的次生α相构成,固溶温度升高至单相区温度的过程中,组织中初生α相的含量减少并消失,而次生α相含量不断增加。在固溶温度升高的过程中,发现合金抗拉强度和屈服强度随之增大,其中其抗拉强度由545 MPa升至610 MPa;屈服强度由440 MPa升至510 MPa。而断后延伸率与断面收缩却逐渐减少,断后延伸率由35%降低至18%;断面收缩率由55%降低至37%。与室温拉伸断口形貌相比较,高温条件下的拉伸断口中韧窝尺寸明显更大,且深度更深。

真空自耗熔炼的数值模拟在TC11钛合金产品中的应用

采用真空电弧重熔过程模型软件(BMPS-VAR)通过数值模拟研究了∅760 mm TC11钛合金铸锭真空自耗熔炼过程中不同阶段的熔池形状、温度场及元素成分分布,并采用与熔炼模拟相同的工艺进行试验验证。结果表明,实测铸锭缩孔深度为112 mm,与模拟结果基本一致。VAR过程的数值模拟为建立TC11钛合金真空自耗熔炼模型及解决冶炼实际问题提供了有效的结果预测和技术支撑。

TC11钛合金不同热处理状态摩擦磨损性能研究

钛及钛合金具有密度低、强度高、耐腐蚀的性能,被广泛用于航空、航天领域。但是钛合金存在耐磨性能较差的问题。为了研究TC11钛合金的摩擦磨损性能,采用“球-盘”式干滑动摩擦磨损试验,研究不同载荷、转速、润滑条件下,TC11钛合金在退火状态和固溶时效处理状态的摩擦磨损行为,分析摩擦系数及磨损率趋势。结果表明:固溶时效处理状态TC11钛合金的硬度、平均摩擦系数、磨损率均高于退火状态;随着载荷的增大,退火状态的摩擦系数先增大后减小,固溶时效状态的平均摩擦系数不断减小,磨损率都随着载荷的增大先增大后减小;随着转速的增大,2种热处理状态TC11钛合金的平均摩擦系数均减小,磨损率整体呈下降趋势;在不同介质中,退火状态的TC11钛合金在海水中的摩擦系数和磨损率均高于水溶液,随着载荷的增大,摩擦系数和磨损率都减小。

TC11钛合金压气机盘等温锻造过程数值模拟研究

基于DEFORM-3D有限元软件,研究TC11钛合金压气机盘等温锻造过程。结果表明:随变形温度增加,模具载荷越小,锻件等效应力越小,等效应变分布更均匀;变形速度越大,模具载荷越大,等效应力也越大,锻件等效应变逐渐增加,变形越不均匀;摩擦因子对等效应变场、等效应力场影响较小,摩擦因子越小,变形抗力越小;随着变形速度的降低,锻件内部组织发生了动态再结晶,适当变形速度可细化晶粒尺寸。

TC11钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层防护性能的研究

利用电弧离子镀技术在TC11钛合金基体上沉积TiA lN涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等方法对比分析了钛合金基体和涂层氧化前后的表面形貌、物相结构。采用X射线光电子能谱仪(XPS)对TiA lN涂层性能进行了分析,研究了基体和镀膜的耐磨性。结果表明,TiA lN涂层显著改善了钛合金的粘着磨损性及高温抗氧化性,在空气中650℃静态氧化100 h后,TiA lN涂层依然保持良好的状态和抗磨损性能。

热暴露对TC11钛合金组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜和室温拉伸实验,研究500℃不同时间热暴露对TC11钛合金组织及性能的影响。结果表明:经500℃高温长时间暴露后,TC11钛合金的室温拉伸强度略微增加,而塑性明显下降,随着暴露时间的延长,塑性下降趋势减缓;热暴露400 h后,抗拉强度(σb)提高了30 MPa,断面收缩率(ψ)降低了11.74%。热暴露过程中,合金塑性的降低主要是硅化物和α2相协同作用的结果,其中α2相对力学性能的影响起主导作用;α2相的稳定化和长大过程是合金塑性下降的主要原因。

变形温度对TC11钛合金超塑性的影响

通过高温拉伸试验研究TC11钛合金在应变速率0.001s-1、变形温度810-1050℃的超塑性变形行为,并用金相显微镜和透射电镜对变形试样的微观组织进行观察和分析。结果表明,在β单相区,TC11钛合金不能呈现超塑性;而在α＋β两相区的810-980℃温度范围内,TC11钛合金呈现出超塑性,且最佳温度在900℃附近,其最大延伸率为595%,此时的超塑性变形过程中有晶内变形、界面滑动、动态再结晶或扩散蠕变的参与,且界面滑动出现在α/β相界面。α相和β相的相对含量对超塑性有较大的影响,初生α相含量在70%附近时对应着TC11钛合金的最佳超塑性。

飞机结构用TC11钛合金异型锻件的组织与性能

介绍了在工业化条件下,通过合理的工艺路线锻制TC11合金异型锻件。并进行了不同热处理制度下异型锻件的组织和性能试验研究。结果表明:采用950℃,2h空冷+530℃,8h空冷热处理后的锻件的显微组织为均匀的α+β组织,且有较好的综合室温力学性能,其室温性能为:σb:1050MPa～1100MPa,σ0.2:950MPa～1020MPa,δ5:15%～18%,Ψ:32%～36%,αku:45.7J/cm2～51.7J/cm2,其它各项技术性能也符合协议标准要求,满足航空部门需求。